中小跨径梁桥装配化形式与组合梁桥承载力研究

发布时间：2020-05-27 11:35

【摘要】：我国中小跨径桥梁具有量大面广的特点,传统中小跨径装配式梁桥存在结构形式和材料单一、建造品质不高、结构使用耐久性不足等问题。为丰富中小跨径梁桥结构形式和提升公路桥梁品质,推动桥梁工业化进程,本文系统梳理了国内外不同中小跨径梁桥装配式形式,引入欧美等发达国家应用广泛的典型中小跨径梁桥结构形式:工字形钢板组合梁桥和工字形PC组合梁桥。基于我国现行规范对这两种桥型进行了设计,对这两种桥型的承载性能做了深入研究,探讨这类桥型在我国应用的结构安全性、施工高效性及技术经济性等问题。完成的主要工作如下:(1)系统比较分析中小跨径我国传统预制装配式PC梁桥以及欧美多种混凝土和钢混组合梁桥结构形式特点及适用条件。基于桥梁工业化理念,提出了三个体系、两拼两连‖中小跨径梁桥装配式体系,对既有的桥型进行了评价。推荐工字形钢板组合梁桥和工字形PC组合梁桥分别作为我国中小跨径装配式混凝土梁桥和钢混组合梁桥的主要选型。(2)基于ABAQUS有限元软件,建立钢板组合梁和PC组合梁有限元计算模型,通过和典型试验结果的对比分析,验证了模拟的合理性。基于美国钢板组合梁桥通用图,按照我国规范初步设计了20m~40m 5套简支钢板组合梁桥图纸。通过有限元计算对比分析了本文设计图和同跨径美国通用图的单梁以及全桥受力性能,双主梁钢板组合梁桥与多主梁钢板组合梁桥破坏路径。研究表明我国规范设计的钢板组合梁安全储备富裕较多,双主梁钢板组合梁桥抗灾性能弱于多主梁。(3)通过PC组合梁30m裸梁及组合梁受弯破坏足尺加载试验,研究分析了预应力摩擦损失、荷载-挠度关系、跨中混凝土应变、裂缝发展以及受弯破坏特征。采用拉板式弯起器时,给出考虑角度修正的折线先张法预应力摩擦损失计算公式。试验研究表明组合梁桥面板能够参与结构受弯工作,有效改善结构抗弯性能。研究表明我国现行预应力混凝土设计规范适用于PC组合梁设计。(4)从材料用量角度,研究比较两种组合梁与T梁及小箱梁经济性。研究分析组合梁施工便利性、构件更换快速性以及质量可控性等技术性特点。从设计理念、规范体系及钢材品种等方面思考了推广组合梁桥的建议。
【图文】：

组合梁桥

梁工业化、快速建造理念的提出，近年来，欧美等发达国家中小跨径桥梁结丰富，形成了以工字形 PC 组合梁桥、大 T 形梁及 U 形组合梁桥为代表的工 PC 梁桥结构，以 U 型钢组合梁、钢板组合梁、钢箱组合梁及钢桁组合梁为化钢混组合桥梁结构[5]。这些桥型结构各部件均可以实现工厂化预制、装配效提升了桥梁建设质量及建设效率。桥型中，采用折线先张法施工的工字形 PC 组合梁桥（BULB-T Beam Bridge）组合梁应用最为广泛。工字形 PC 组合梁桥自 20 世纪 50 年代开始在美国应跨径桥梁中应用非常广泛[6]~[7]。它是由宽翼缘工字梁、桥面板、横梁及连接种组合截面形式，如图 1.3 所示。相比于传统 T 形梁，PC 组合梁桥将 T 形计为桥面板，主梁与桥面板共同承受活荷载，减少了主梁尺寸，降低了主梁板后期更换方便，，提高了结构使用寿命。采用先张法施工预应力，预应力损锚具、波纹管道等材料，工厂化程度高，预制构件质量及耐久性好，后期维全寿命周期更优[8]~[10]。

组合梁,组合梁桥,钢板,技术经济性

第一章绪论工字形钢板组合梁结构是组合梁结构体系中材料指标最低、使用最广泛的结构。钢板组合梁桥上部结构主要由工字形钢主梁、混凝土桥面板和联结系三部分构成，如图 1.4钢板组合梁桥具有承载能力高，跨越能力强；延性、抗冲击韧性好，抗震性能好；施工工期短，质量可控；受到破坏后，易于修复和更换；废旧钢材可回收，实现资源再利用，符合环保和可持续发展的要求等优点。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441

【参考文献】